(Skripsi)
Oleh
FAREL RAIN MARIDO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG 2010
ABSTRACT
TOOL LIFE ANALYSIS AND INFLUENCE OF PROCESS VARIABLE IN SHAPING PROCESS OF HIGH CARBON STEEL SURFACE TOWARD
TO WEAR OF CARBIDE CUTTING TOOL
By
FAREL RAIN MARIDO
A tool life is an important data in planning a machining process. In this research, an experiment was done to study life and wear of carbide cutting tool used in shaping process of an high carbon steel of K460. Cutting speed was varied with other cutting variables (feeding and back rake angle) and depth of cut was set fixed in each cutting time.
Generalized Taylor’s Equation method was used in the analysis to determine n exponential (n=0,3865) and a constant of Taylor Tool Life (C=25,1). An equation of Taylor Tool Life was obtained as vT 0,3865 = 25,1, which give a value of tool life of 7,048 minutes at low cutting speed and 1 minutes at high cutting speed. Analysis of variance method was used in the wear analysis of carbide cutting tool to compute and comparative the influence of each process variable in shaping process of high carbon steel.
Keywords: Carbide cutting tool, high carbon steel, tool life, tool wear, Taylor’s Equation, Analysis of variance and shaping.
ABSTRAK
ANALISIS UMUR DAN PENGARUH VARIABEL PROSES PADA PEMESINAN SEKRAP PERMUKAAN BAJA KARBON TINGGI
TERHADAP KEAUSAN PAHAT KARBIDA
Oleh
FAREL RAIN MARIDO
Umur pahat merupakan suatu data permesinan yang sangat penting dalam perencanaan permesinan. Dalam penelitian ini dijelaskan percobaan menentukan umur dan keausan pahat karbida untuk menyekrap baja karbon tinggi (K460), sehingga dapat dimanfaatkan untuk melengkapi data permesinan mengenai umur pahat. Penelitian dilakukan dengan memperhatikan pengaruh kondisi pemotongan, dimana kecepatan potong divariasikan dan kondisi pemotongan lain, seperti gerak makan dan sudut geram pahat. Dalam penelitian ini kedalaman potong tetap dalam setiap waktu pemotongan yang berbeda secara bertahap.
Tujuan penelitian ini adalah menentukan umur pahat karbida yang digunakan untuk memotong baja karbon tinggi. Metoda Persamaan umur pahat karbida digunakan untuk analisa percobaan, untuk mendapatkan nilai eksponen n (n=0,3865) dan konstanta umur Pahat Taylor C (C=25,1). Persamaan umur Pahat Taylor yang dihasilkan adalah vT 0,3865 = 25,1. Hasil penelitian mendapatkan umur pahat untuk kecepatan potong rendah adalah 7,048 menit dan pada kecepatan potong tinggi adalah 1 menit.
Metoda analisis variansi digunakan dalam analisis keausan pahat karbida untuk melakukan perhitungan dan melakukan perbandingan hubungan atau keterikatan dari setiap variabel proses dalam proses pemesinan sekrap baja karbon tinggi.
Kata kunci: Pahat karbida, baja karbon tinggi, umur pahat, keausan pahat, Persamaan rumus Taylor, Analisis variansi dan sekrap.
Halaman Lembar Pengesahan ……….. i Sanwacana…....……….. ii Daftar Gambar………...vi Daftar Tabel………....xi Daftar Simbol………xiv I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ………...…………... 1 B. Tujuan ……… 5 C. Batasan Masalah……….……… 5
D. Sistematika Penulisan Laporan………... 6
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Mesin Sekrap ……….………... 7
1. Rangka Mesin……….. 7
2. Mekanik Penjalan……… 8
3. Lengan dan Support……… 8
4. Meja mesin sekrap………..……… 8
B. Proses Sekrap………. 9
1. Menyekrap bidang datar ……….. 10
3. Menyekrap bidang bertingkat………... 12
4. Menyekrap bidang bersudut……….…………..…..……… 12
C. Variabel Proses Sekrap……… 14
D. Elemen , Bidang dan Mata Potong ………... 16
E. Geometri Pahat ……….……….. 18
F. Material Pahat ………..……….. 22
G. Jenis-jenis Keausan………. 26
H. Baja ………...……….………...……. 30
1. Baja menurut unsur sifat-sifatnya………...…….… 30
2. Baja Amutit K460……….…………..…..……... 31
3. Baja Menurut komposisi kimianya (Hasnan. 2006)……….…..…. 32
I. Bidang Aktif Pahat Yang Mengalami Keausan……… 33
J. Kriteria Umur Pahat………..… 35
K. Umur Pahat……….. 38
L. Uji Kekerasan………... 40
1. Uji Kekerasan Rockwell………..………. 40
2. Uji Kekerasan Brinell………..………. 41
3. Uji Kekerasan Vickers………..……… 42
M. Kekasaran Permukaan (surface roughness).……… 43
N. ANOVA (Analysis of Variance)………...………... 47
III. METODE PENELITIAN A. Tempat Penelitian………..……..………..………...……... 51
C. Peralatan Pengujian………….….….………...………... 54
D. Prosedur Pengujian ……….….………….….……….... 59
E. Alur Penelitian………..………..……… 62
F. Prosedur Pengambilan Data………..………...………... 63
IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Kekerasan Benda Kerja dan Pahat…………..………..… 72
B. Prosedur Pengambilan Data Uji Kekerasan………..………. 73
C. Kondisi Pemotongan Pada Proses Sekrap………...….…... 73
D. Prosedur Pengambilan Data……….…..……... 74
E. Pembahasan ……….…………..……... 88
F. Analysis Of Variance Keausan Tepi………..……..…………..…… 91
G. Analysis Of Variance Kekasaran Permukaan…………....……..….….…... 109
H. Umur Pahat Karbida………..……..………. 127
V. PENUTUP A. Simpulan……… 132
B. Saran ………. 134
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Bagian-bagian mesin sekrap ……….…...………. 9
2. Menyekrap bidang datar ……….………...………...…… 11
3. Menyekrap bidang alur terus …………....……… 12
4. Menyekrap bidang bertingkat …..…….….………... 13
5. Menyekrap bidang bersudut ……….…....……..….………. 13
6. Proses pemesinan pemotongan material ...………..………….. 13
7. Hubungan dengan kecepatan potong ……….……... 13
8. Elemen dasar proses sekrap ………..……...…. 15
9. Permukaan dan sudut-sudut pahat ……….……….…. 18
10. Sudut-sudut pahat ……….……….….……. 20
11. Perkiraan distribusi temperatur maksimum pada separuh permukaan pahat yang berinteraksi dalam tiga daerah, A.Bidang geram, B.Bidang gesek mata potong,C.Bidang permukaan dengan geram ……….……. 22
12. Proses sintering alat potong karbida ……...……...…….…….…….. 23
13. Mekanisme keausan pahat ………….…….…...………….….. 26
14. Skema ilustrasi keausan adhesive ……..……...……....………. 27
15. Skema ilustrasi keausan abrasif ………..…...……… 28
16. Keausan abrasif pahat, berupa kepingan kecil bubutan ………...……. 28
17. Keausan abrasif tekanan tinggi ………...….. 29
Standard ISO 3685-1977 (E)...………...…………..…….. 34 20. Pertumbuhan Keausan Tepi pahat (TWF) Tool Flank Wear yang
berdasar pada suatu kondisi waktu pemotongan ……..………….…… 37 21. Hubungan kecepatan potong terhadap umur pahat untuk baja….……. 39 22. Posisi profil referensi, profil tengah, dan profil alas terhadap profil
terukur, untuk satu panjang sampel………...………. 44 23. Halaman kerja pada SPSS 17 dan Main Effecst Plot pada MINITAB…...….……….. 50 24. a). Material benda kerja K460, b). Dimensi benda kerja.……….. 52 25. a). Pahat Karbida Insert TNGA 160408, b). Dimensi Pahat …………. 53 26. Mesin Gerinda Otomatis di Bengkel Manufaktur Produksi SMK N 2 Bandar Lampung ………... 55 27. Mesin sekrap konvensional San Hou di Laboratorium Teknologi Mekanik Teknik Mesin Universitas Lampung ……….………. 56 28. Profil proyektor Mitutoyo tipe PJ-3000 di Laboratorium Metrologi Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung... 56 29. (Surface Tester) di Laboratorium Metrologi Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung... 57 30. Mikroskop Mikro Olympus tipe SZ51 di Laboratorium Zologi F-MIPA
Jurusan Biologi Universitas Lampung... 57 31. (Grinding/Polishing Machine) di Laboratorium High Quality Control PT. AAI Karawang... 58
32. (Hardness Tester Future Tech) di Laboratorium High Quality Control
PT. AAI Karawang... 58
33. Diagram Alur Pelaksanaan Penelitian……….62
34. Input data analisis regresi linear berganda………...…………...……... 68
35. Kotak dialog explore………...69
36. Kotak dialog explore plots………..69
37. Kotak dialog Linear Regression…………...……….. 70
38. Kotak dialog statistics………...……….…… 70
39. Kotak dialog Plots………...………... 71
40. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat negatif 6 o, feeding 0,115 mm/langkah, kecepatan potong 11,8 m/min………76
41. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat negatif 6 o, feeding 0,115 mm/langkah, kecepatan potong 19,2 m/min………76
42. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat negatif 6 o, feeding 0,115 mm/langkah, kecepatan potong 25,1 m/min………77
feeding 0,245 mm/langkah, kecepatan potong 11,8 m/min………77
44. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat negatif 6 o, feeding 0,245 mm/langkah, kecepatan potong 19,2 m/min………78
45. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat negatif 6 o, feeding 0,245 mm/langkah, kecepatan potong 25,1 m/min………78
46. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat 0 o, feeding 0,115 mm/langkah, kecepatan potong 11,8 m/min……….79
47. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat 0 o, feeding 0,115 mm/langkah, kecepatan potong 19,2 m/min……….79
48. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat 0 o, feeding 0,115 mm/langkah, kecepatan potong 25,1 m/min……….80 49. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat 0 o, feeding
0,245 mm/langkah, kecepatan potong 11,8 m/min……….80
50. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat 0 o, feeding 0,245 mm/langkah, kecepatan potong 19,2 m/min……….81
51. Data Keausan tepi vb 2 menit dengan sudut geram pahat 0 o, feeding 0,245 mm/langkah, kecepatan potong 25,1 m/min……….81
52. Keausan kawah a) 0 mm. b) 0 mm. c) 0,8 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o dalam waktu 0.5 menit………...….84
53. Keausan kawah a) 0,5 mm. b) 0,16 mm. c) 0,21 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o dalam waktu 1 menit………...…84
54. Keausan kawah a) 0,10 mm. b) 0,20 mm. c) 0,33 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o dalam waktu 2 menit….………..…84
55. Keausan kawah a) 0 mm. b) 0 mm. c) 0,18 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o dalam waktu 0,5 menit……….85
56. Keausan kawah a) 0,18 mm. b) 0,22 mm. c) 0,38 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o dalam waktu 1 menit………...………85
0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o dalam waktu 2 menit………...………85
58. Keausan kawah a) 0 mm. b) 0 mm. c) 0,12 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o dalam waktu 0,5 menit………...….86
59. Keausan kawah a) 0,10 mm. b) 0,18 mm. c) 0,24 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o dalam waktu 1 menit………...……86
60. Keausan kawah a) 0,15 mm. b) 0,21 mm. c) 0,35 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o dalam waktu 2 menit………..….86
61. Keausan kawah a) 0 mm. b) 0 mm. c) 0,12 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle)0o dalam waktu 0.5 menit………..87
62. Keausan kawah a) 0,13 mm. b) 0,20 mm. c) 0,33 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o dalam waktu 1 menit………...……87
63. Keausan kawah a) 0,18 mm. b) 0,31 mm. c) 0,38 mm Kedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o dalam waktu 2 menit………...…87
64. Keausan Tepi VBKedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o……..89
65. Keausan Tepi VBKedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o…..…89
66. keausan tepi VBKedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,115 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o………...…...90
67. Keausan Tepi VBKedalaman potong 0.075 mm, gerak makan 0,245 mm/langkah dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o………..90
68. Grafik Normality Plot Keausan Tepi ……….94
69. Pengaruh pertambahan kecepatan potong terhadap pertumbuhan keausan Tepi VB dengan kedalaman potong 0.075 mm, dan sudut geram pahat (back rake angle) 0= negatif 6
Tepi VB dengan kedalaman potong 0.075 mm, dan sudut geram pahat (back rake angle) 0= 0
o……….……….103
71. Output Scatterplot ………...…………...…………..108
72. Grafik Main Effect Plot untuk variabel dependent keausan Tepi….…108
73. Grafik Normality Plot Kekasaran Permukaan………...112
74. Pengaruh pertambahan kecepatan potong terhadap pertumbuhan Kekasaran Permukaan dengan kedalaman potong 0.075 mm, dan sudut geram pahat (back rake angle) 0= negatif 6o………...…...119 75. Pengaruh pertambahan kecepatan potong terhadap pertumbuhan Kekasaran Permukaan dengan kedalaman potong 0.075 mm, dan sudut geram pahat (back rake angle) 0= 0
o………...………….. 119
76. Output Scatterplot………...………. 124
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Sudut geram optimum bagi pahat ………...………...…….………. 19
2. Radius pojok yang dianjurkan sesuai kedalaman potong ………..…... 22
3. Batas keausan kritis………..……… 35
4. Nilai eksponen n dan C untuk beberapa alat potong ………... 38
5. Daftar Skala yang digunakan dalam kekerasan Rockwell……… 41
6. Ketidakteraturan suatu profil………..………...….. 43
7. Angka kekasaran permukaan ………..…...…..………… 45
8. Tingkat kekasaran rata-rata menurut proses pengerjaannya ……… 46
9. Spesifikasi Baja ………....………… 52
10.Spesifikasi Pahat………...……… 53
11.Data hasil uji kekerasan pada sisi luar pahat……… 63
12.Data hasil uji kekerasan pada permukaan Benda Kerja………...… 63
13.Data keausan tepi VBKedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o……… 64
14.Data keausan tepi VBKedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o……….……….. 64
pahat (back rake angle) negatif 6o……….………... 65
16.Data keausan kawah K Kedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o……….……….. 65
17.Data kekasaran permukaan kedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o……… 66
18.Data kekasaran permukaan kedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o……….………..…. 66
19.Tabel Kondisi Pemotongan………...… 67
20.Data Uji Kekerasan Pahat Karbida………...……… 73
21.Data Uji Kekerasan Baja Karbon tinggi………73
22.Data keausan tepi VBKedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o……….………... 74
23.Data keausan tepi VBKedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o……….………... 74
24.Data keausan kawah K Kedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) negatif 6o………82
25.Data keausan kawah K Kedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o………82
26.Data kekasaran permukaan kedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram
pahat (back rake angle) negatif 6o………..………..83
27.Data kekasaran permukaan kedalaman potong 0.075 mm dan sudut geram pahat (back rake angle) 0o………83
28.Data Penelitian dalam waktu 2 menit………...88
29.Test of Normality kecepatan potong………..93
30.Test of Normality Gerak makan (Feeding)………....93
31.Test of Normality Sudut geram pahat (rake angle)………93
32.Variables Entered/Removed……….……… 95
33.Model Summaryb Keausan tepi.………...……… 95
34.ANOVAb Keausan tepi ……….……… 99
35.Coefficientsa Keausan tepi...100
36.Casewise Diagnosticsa Keausan tepi ……….………...106
37.Residuals Statisticsa Keausan tepi ………..…….…..….107
38.Test of Normality Kekasaran Permukaan ………110
39.Test of Normality Gerak makan (Feeding)………...110
41.Variables Entered/Removed……….…….. 112
42.Model Summaryb Kekasaran Permukaan………...……… 113
43.ANOVAb Kekasaran Permukaan ………..……...……….. 115
44.Coefficientsa Kekasaran Permukaan... 116
45.Casewise Diagnosticsa Kekasaran Permukaan …………..……....…… 123
46.Residuals Statisticsa Kekasaran Permukaan ………...…... 123
47.Tabel persentase pengaruh variabel terhadap keausan tepi dan kekasaran permukaan……….. 126
48.Umur pahat Taylor untuk proses pemesinan sekrap baja karbon tinggi K460 dengan menggunakan pahat karbida WC-TiC-TaC-Co………... 130
DAFTAR SIMBOL
Simbol Satuan
V Kecepatan potong, m/min
d diameter rata-rata, mm
VB Keausan Tepi, mm
do Diameter awal mm
dm Diameter akhir mm
T Umur Pahat, menit
f Gerak makan, mm/langkah
a Kedalaman potong, mm
tc Waktu Pemotongan, menit
lW Panjang pemotongan benda kerja, mm
lV langkah pengawalan, mm
ln Langkah pengakhiran, mm
lt Panjang permesinan, mm
0
sudut geram pahat x o
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan teknologi telah merubah industri manufaktur menjadi sebuah industri yang harus dapat berkembang dan bersaing secara global. Pada dasarnya seluruh elemen dalam sebuah industri akan ikut berkembang seiring dengan tingginya tuntutan dalam sebuah industri manufaktur yang mengharapkan produk hasil yang mengutamakan kualitas, kuantitas serta pencapaian target produksi dan biaya produksi yang ekonomis.
Sebuah industri manufaktur tidak lepas dari adanya proses pemesinan yang menjadi inti dari sebuah proses produksi. Peran mesin sebagai pembantu manusia tidak dapat di hindarkan lagi. Ketelitian geometri serta variasi produk menuntut sumber daya manusia untuk lebih berkembang. Dalam bidang perbengkelan misalnya, sudah banyak ditemukan alat-alat yang dapat meringankan pekerjaan manusia seperti mesin bubut, freis, skrap, gerinda, bor, dan sebagainya.
Pemesinan material baja keras (hardened steels material: HRC>56) menjadi sesuatu yang sangat penting dalam proses manufaktur, khususnya dalam industri mold dan dies yang mana ini mempunyai kontribusi dalam pembuatan komponen otomotif. Oleh karena kekerasannya, material baja keras umumnya dipotong
dengan proses abrasif seperti proses pemesinan gerinda (grinding). Seiring dengan pengembangan teknologi dalam mesin perkakas dan material pahat potong, pemesinan material baja keras dimungkinkan dengan menggunakan metode hard machining sehingga aplikasi pemesinan gerinda dapat digantikan. Penelitian tentang hard machining sudah dilakukan oleh beberapa peneliti, khususnya pada pemesinan hard turning dan milling. Dari penelitian mereka dapat disimpulkan bahwa aplikasi pemesinan hard turning dan milling dapat mengurangi biaya pengadaan pahat potong dan menghilangkan pengaruh negatif terhadap lingkungan akibat pemakaian cutting fluid. Bagaimanapun juga, berdasarkan studi literatur yang dilakukan, penelitian tentang penerapan hard machining pada pemesinan sekrap (hard shaping) masih belum dilakukan. Padahal proses pemesinan ini banyak digunakan untuk memotong material benda kerja pelat pejal dan panjang, terutama untuk proces pemotongan kasar (roughing cutting). Oleh karena itu, penelitian ini difokuskan untuk mempelajari penerapan hard machining pada mesin perkakas sekrap.
Hard shaping adalah berbeda dengan shaping konvensional dalam beberapa hal. Pertama, sudut geram pahat potong yang digunakan adalah negatif. Kedua, material yang dipotong umumnya mempunyai kekerasan yang tinggi (HRC>56). Oleh karena material yang dipotong adalah keras maka biasanya gaya potong yang dihasilkan lebih besar atau dengan kata lain energi yang dibutuhkan untuk mendeformasi benda kerja juga besar. Hal ini menyebabkan temperatur pemotongan menjadi tinggi. Seperti kita ketahui bahwa temperatur pemotongan adalah salah faktor utama yang mempengaruhi keausan pahat atau umur pahat.
dalam mengevaluasi unjuk kerja dari proses pemesinan
Keausan pahat akan semakin membesar sampai batas tertentu sehingga pahat tidak dapat digunakan lagi atau pahat telah mengalami kerusakan. Lamanya waktu untuk mencapai batas keausan ini yang didefinisikan sebagai umur pahat (Tool Life Time). Data mengenai umur pahat ini sangat diperlukan dalam perencanaan proses suatu komponen/produk. Misalnya untuk menghitung pada komponen keberapa pahat harus diganti, caranya adalah dengan menghitung waktu total yang diperlukan untuk memotong satu produk kemudian dibandingkan dengan umur pahat yang dipakai. Contoh lain sampai batas keausan yang bagaimana dari pahat sehingga tidak mengganggu ketelitian produk yang dihasilkan, karena diketahui bahwa pahat yang mengalami keausan akan mempengaruhi ketelitian produk yang dihasilkan. Umur pahat dapat diketahui dari brosur atau katalog yang dikeluarkan oleh produsen/penjual pahat, tetapi katalog ini tidak menginformasikan dengan jelas dan lengkap tentang pemakaian dalam pemotongan benda kerja. Umur Pahat dapat diketahui dari hasil pengujian pemesinan (secara empiris) untuk pasangan material benda kerja dan pahat tertentu.
Proses Hard Cutting berbeda dari pemotongan konvensional yang memotong permukaan material yang lunak, oleh karena benda kerja atau material yang digunakan sangat keras sehingga gaya yang dibutuhkan untuk pemotongan yang spesifik akan lebih besar dari pada proses pemotongan yang konvensional (Dawson, 2002). Perhitungan komulatif waktu potong adalah suatu ukuran dari
keadaan waktu aktual selama pemotongan pahat terhadap benda kerja hingga membentuk geram pada benda kerja dan pahat mengalami kegagalan. Umur pahat sangat penting karena sangat mempengaruhi biaya yang digunakan dalam proses pemesinan(Dawson, 2002). Kecepatan potong memiliki pengaruh yang signifikan pada umur pahat diiringi dengan gerak makan dan kedalaman potong (M.A.Lajis, 2003).
Berdasarkan uraian tersebut diatas, penelitian ini dilakukan dengan menitikberatkan pada pengaruh variabel proses terhadap keausan pahat Karbida, sehingga dari keausan ini dapat diprediksi umur pahat tersebut. Kondisi seperti ini akan memberikan umur pahat yang akurat, sehingga pahat dapat diketahui kapan harus diganti kembali dan kerusakan pada pahat maupun benda kerja dapat dihindari. Oleh karena itu peneliti tertarik untuk melakukan penelitian tentang “Analisis Umur dan Pengaruh Variabel Proses Pada Pemesinan Sekrap Permukaan Baja Karbon Tinggi Terhadap Keausan Pahat Karbida”.
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh variabel proses sekrap terhadap keausan tepi dan kekasaran permukaan baja karbon tinggi K-460 pada proses pemesinan sekrap baja karbon tinggi K-460 dengan pahat Karbida WC-TiC-TaC-Co. 2. Mengetahui persamaan umur pahat Karbida WC-TiC-TaC-Co yang
digunakan sebagai pahat dalam proses pemesinan sekrap baja karbon tinggi K460 pada berbagai variasi kecepatan potong dan gerak makan dengan menggunakan Persamaan Frederick Winslow Taylor.
C. Batasan Masalah
Adapun dalam penelitian tugas akhir inimengambil batasan masalah pada proses penyekrapan alur bidang datar pada pelat baja karbon tinggi K-460 dengan memakai pahat jenis Karbida WC-TiC-TaC-Co (Carbide). Parameter peubah yang dipakai adalah kecepatan potong (Cutting Speed), sudut geram pahat (Back Rake Angle) dan gerak makan (Feeding). Proses penyekrapan dilakukan dengan mesin sekrap konvensional. Dengan menggunakan kecepatan potong dan gerak makan yang telah ada pada mesin, ditentukan kecepatan potongnya yaitu 11,8 m/min (V2), 19,2 m/min (V2), dan 25,1 m/min (V3). Sedangkan gerak makannya ditentukan 0,115 mm/langkah (f1), dan 0,245 mm/langkah (f2) serta sudut geram pahat (Back Rake Angel) yang digunakan adalah negatif 6o dan 0o sedangkan kedalaman potong (depth of cut) pada keadaan konstan yaitu 0,075 mm dan waktu yang digunakan dalam penelitian ini adalah 0,5 menit, 1 menit, dan 2 menit. Dari
variasi kecepatan potong, sudut geram pahat dan gerak makan maka dapat ditentukan keausan pahat Karbida, kekasaran permukaan baja karbon tinggi dan persamaan umur pahat karbida WC-TiC-TaC-Co untuk proses pemesinan sekrap baja karbon tinggi K460.
D. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan laporan Tugas Akhir menggunakan standar penulisan karya ilmiah baku yang diterbitkan oleh Universitas Lampung yang terbagi dalam lima bab, yaitu Bab I Pendahuluan, dimana bab ini menjelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan. Pada Bab II penulis mengemukakan landasan teori yang berisi teori–teori dasar yang bersesuaian dengan penelitian yang dilakukan. Bab III adalah bab yang berisi waktu dan tempat penelitian, prosedur penelitian dan pengujian, serta alur penelitian. Hasil dan pembahasan yang berisi data pengujian dan pembahasan ditempatkan pada Bab IV. Simpulan dan saran ditempatkan pada Bab V yang berisikan tentang pokok-pokok kesimpulan yang didapat melalui perhitungan dan pembahasan. Sebagai bahan pendukung penelitian ini adalah daftar pustaka yang berisikan kumpulan referensi yang dijadikan sebagai sumber dalam penulisan laporan tugas akhir ini. Pada lampiran ditambahkan data-data hasil pengujian serta keterangan-keterangan lainnya.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Mesin Sekrap
Mesin sekrap adalah suatu alat mesin perkakas dengan gerak utama lurus dan gerak putar dari motor listrik diubah menjadi gerak lurus melalui suatu engkol sehingga mesin ini digunakan untuk mengubah dan membentuk permukaan bidang rata, baik yang mendatar ataupun yang tegak (Boenasir, 1993). Mesin ini dapat dipakai untuk memotong permukaan benda kerja (Workpiece) sampai sepanjang 900 mm. Besar kecilnya mesin sekrap akan menentukan panjang bagian yang akan di sekrap, oleh karena itu ukuran mesin sekrap berdasarkan panjang langkah penyayatannya. Dalam pelaksanaan penyekrapan peneliti menggunakan mesin sekrap jenis datar. Adapun bagian-bagian utama mesin sekrap meliputi rangka mesin, mekanik penjalan, lengan, support dan meja.
1. Rangka Mesin
Rangka mesin berfungsi untuk menyangga seluruh bagian pada mesin sekrap. Pada mesin sekrap yang besar, rangka langsung dipasang pada lantai dan diikat dengan baut tanam yang dicor pada lantai yang fungsinya untuk menahan getaran apabila mesin dijalankan, sedangkan pada mesin sekrap yang berukuran kecil langsung dipasang pada meja atau suatu kaki.
2. Mekanik Penjalan
Fungsi dari mekanik penjalan adalah untuk menggerakkan maju mundurnya lengan dengan pahat, dan dengan perantaraan sabuk ban dan puli dihubungkan ke transmisi roda gigi, maka gerak putar motor listrik diubah menjadi gerak maju mundurnya lengan. Lengan dapat bergerak maju mundur karena dihubungkan dengan alur engkol. Ayunan engkol terjadi dengan perantaraan elektrik yang dihubungkan dengan roda gigi yang sedang berputar. Langkah lengan dapat diatur dengan cara memindahkan tap pengatur sesuai dengan yang dikehendaki.
3. Lengan dan Support
Lengan dan Support merupakan gabungan langsung yang diikat dengan lengan sekrap yang bersama-sama melakukan gerak maju dan mundur. Lengan yang diikat pada alur engkol melaksanakan perubahan gerak dari gerak putar menjadi gerak lurus yang diteruskan ke pahat melalui support dan pemegang pahat. Support dapat diatur kedudukannya, baik naik maupun turun dengan memutar eretan support.
4. Meja mesin sekrap
Fungsi dari meja mesin sekrap disamping untuk menjaga sebagai pengikat benda kerja, juga menghasilkan gerak vertikal dan gerak lintang secara otomatis dan dapat mengatur tinggi rendahnya benda kerja dan teraturnya penyayatan, sedangkan gerak vertikal atau gerak naik turun untuk menyesuaikan benda kerja. Bagian lain dari meja sekrap ditahan oleh suatu tangan-tangan penahan yang
dipasang pada eretan yang halus serta rata yang disatukan dengan badan meja.
Gambar 1. Bagian-bagian mesin sekrap
B. Proses Sekrap
Proses sekrap merupakan proses yang hampir sama dengan proses bubut, dalam hal ini gerak potongnya bukan merupakan gerak rotasi melainkan gerak translasi yang dilakukan oleh pahat (pada mesin sekrap) atau oleh benda kerja (pada mesin sekrap meja). Benda kerja dipasang pada meja sementara pahat (serupa dengan
Tuas posisi langkah pemakanan pahat
Tuas pengatur kecepatan pahat
Eretan pahat
Holder dan pahat
Tuas pengatur gerak makan
Tuas pengatur arah langkah pemakanan pahat Tuas pencekam
benda kerja pada ragum
Benda kerja
pahat bubut) dipasangkan pada pemegangnya. Kedalaman potong ditetapkan dengan cara menggeser pahat melalui skala pada pemutar (Rochim, 1993). Gerak makan seperti halnya pada proses bubut dapat ditentukan dan pada saat langkah balik berakhir atau pahat bergeser sejauh harga yang ditentukan tersebut. Panjang langkah pemotongan diatur sesuai dengan panjang benda kerja ditambah dengan jarak pengawalan dan jarak pengakhiran. Apabila panjang langkah telah ditetapkan, maka perbandingan kecepatan (Rs, quick return ratio) nilainya tergantung dari konstruksi mesin. Dalam hal ini kecepatan mundur, yaitu kecepatan pada saat tidak memotong harus lebih tinggi daripada kecepatan maju (kecepatan saat pahat memotong). Kecepatan potong rata-rata dan kecepatan makan ditentukan oleh jumlah langkah per menit, yang dapat dipilih dan diatur pada mesin perkakas yang bersangkutan (Rochim, 1993).
1. Menyekrap bidang datar
Untuk Menyekrap bidang datar, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan pada preoses pemotongannya. Pertama sekali adalah meletakan benda kerja pada pencekam, mengencangkan pencekam agar benda kerja tidak goyang pada saat dilakukan pemotongan. Kemudian memasang dan menyetel pahat pada dudukannya dan mengencangkan baut pada dudukan pahat. Tujuannya agar pahat tidak goyang dan pemotongannya sempurna. Selanjutnya menyetel langkah lengan sesuai dengan panjang benda kerja. Untuk memotong benda kerja pada kedalaman tertentu, maka langkah selanjutya adalah menempatkan posisi mata pahat berada diatas benda kerja. Untuk selanjutnya menurunkan pahat sehingga menyentuh permukaan baja dengan cara memutar spindel pahat. Setelah
terdapat pada tuas spindel. Langkah berikutnya mengangkat mata pahat dengan cara memutar tuas spindel dan meletakannya persis didepan benda kerja, jarum dial indikator pada tuas spindel harus sama dengan pada saat mata pahat meneyntuh permukaan benda kerja. Kemudian untuk memotong pada kedalaman tertentu, tinggal menambahkan berapa kedalaman potong yang akan diinginkan.
Gambar 2. Menyekrap bidang datar
2. Menyekrap bidang alur terus
Untuk menyekrap bidang alur terus, maka langkah pertama yang harus dilakukan adalah menyetel pahat lengan sesuai dengan panjang alur ditambah dengan langkah bebas. Kemudian menyetel pahat dengan jarak tertentu antara ujung pahat dengan pelat pemegangnya, lalu menyetel dudukan lengan agar letak ujung pahat tepat berada diatas benda yang akan dikerjakan. Mencoba menjalankan langkah bebas di atas benda kerja. Selanjutnya melaksanakan penyekrapan diantara batas alur hingga selesai batas ukuran alur.
Gambar 3. Menyekrap bidang alur terus
3. Menyekrap bidang bertingkat
Dalam melakukan penyekrapan bidang bertingkat sama seperti menyekrap bidang datar. Perbedaannya, dalam penyekrapan bidang bertingkat terdapat beberapa batas ukuran alur yang akan dipotong dan kedalaman potongnya bias berbeda
Gambar 4. Menyekrap bidang bertingkat
4. Menyekrap bidang bersudut
Untuk menyekrap bidang bersudut ini harus diketahui dahulu berapa derajat sudut yang akan dibentuk untuk dapat diatur miringnya support. Setelah diketahui berapa besarnya sudut yang akan dikehendaki, penyetelan sudut support dilakukan dengan petunjuk berjarum. Lihat arah panah untuk turunnya support
pasang miring sampai membentuk sudut tertentu, maka untuk menghindari gesekan antara ujung pahat dengan benda kerja pada waktu langkah mundur, pahat harus dimiringkan lagi beberapa derajat (Rochim, 1993).
Gambar 5. Menyekrap bidang bersudut
Pada proses sekrap, hasil akhir yang didapatkan semuanya tergantung pada bentuk dari mata pahat yang digunakan, kecepatan potong yang digunakan, tebal pemakanan, serta langkah pemakanan yang dipakai.
Pada bengkel-bengkel manufaktur skala menengah dan besar biasanya memakai pahat pengerjaan halus, dengan kecepatan potong yang tinggi, serta langkah pemakanan yang kecil serta tebal pemakanan tidak lebih dari 0,5 mm. Karena jika tidak menggunakan parameter tersebut maka permukaan material yang akan disekrap akan menjadi kasar dan tidak baik untuk digunakan (Rochim,1993).
C. Variabel Proses Sekrap
Variabel proses sekrap atau yang sering disebut sebagai elemen dasar proses sekrap dihitung berdasarkan dimensi benda kerja dan/atau pahat serta besaran dari mesin perkakas.
Gambar 7. Hubungan dengan kecepatan potong.
Gerak makan (feed) menunjukkan kecepatan dari pahat pemotong atau Spindel maju sepanjang permukaan benda kerja dengan kedalam yang ditentukan. Untuk mesin yang pahat atau benda kerjanya bergerak bolak balik hantaran dinyatakan dalam millimeter per langkah (Daryus, 2005). Hal ini dapat dicapai dengan cara menentukan penampang geram (sebelum terpotong). Setelah berbagai aspek teknologi ditinjau, kecepatan pembuangan geram dapat dipilih supaya waktu pemotongan sesuai dengan yang dikehendaki. Mekanisme diatas adalah merupakan bagian dari variabel proses. Elemen dasar dari proses sekrap dapat
dengan memperhatikan gambar 8 (Rochim, 1993):
Gambar 8. Elemen dasar proses sekrap (Rochim, 1993)
Kondisi pemotongan dapat ditentukan sebagai berikut (Rochim, 1993): 1. Benda Kerja; lw = Panjang pemotongan pada benda kerja (mm)
lv = Langkah pengawalan (mm) ln = Langkah pengakhiran (mm)
L = Langkah permesinan = lv + ln+ lw (mm) W = Lebar pemotongan benda kerja (mm) 2. Pahat; kr = sudut potong utama ( º )
o
= sudut geram pahat ( º ) 3. Mesin Sekrap; f = Gerak makan (mm/langkah)
a = Kedalaman potong (mm)
p
n = Jumlah langkah per menit (langkah/menit) Rs = Perbandingan kecepatan = r m V V = mundur kec maju Kec . . < 1.
Elemen dasar proses sekrap adalah sebagai berikut: 1. Kecepatan potong rata-rata ( )
Kecepatan potong rata-rata pada mesin sekrap dapat dituliskan secara matematis sebagai berikut,
= ; mm/menit ……….. (1) 2. Kecepatan Makan (vf)
Kecepatan makan didefinisikan sebagai jarak dari pergerakan benda kerja sepanjang jarak kerja untuk setiap putaran dari spindel [Krar, 1997].
; mm/menit ……….. (2)
3. Waktu Pemotongan (tc)
Waktu pemotongan adalah waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu produk [Krar, 1997].
; menit, ……….… (3)
4. Kecepatan Penghasilan Geram
Geram adalah potongan dari material yang dipindahkan dari benda kerja oleh pahat potong [Krar, 1997].
; cm3/menit, ……… (4)
Dimana, A = f . a ; mm2
D. Elemen , Bidang dan Mata Potong Pahat
Untuk mengenal bentuk dan geometrinya, pahat harus diamati secara sistematik. Tiga hal pokok yang harus dibedakan yaitu elemen, bidang aktif dan mata potong pahat (Rochim, 1993).
Elemen pahat terdiri dari :
a) Badan (Body) : bagian pahat yang dibentuk menjadi mata potong atau tempat untuk sisipan pahat .
b) Pemegang/gagang (Shank) : bagian pahat untuk dipasangkan pada mesin perkakas.
c) Lubang pahat (Tool bore) : lubang pada pahat dimana pahat dapat dipasang pada poros utama (Spindel) atau poros pemegang dari mesin perkakas.
d) Sumbu pahat (tool axis) : garis maya yang digunakan untuk mendefinisikan geometri pahat. Umumnya merupakan garis tengah dari pemegang atau lubang pahat.
e) Dasar (Base) : bidang rata pada pemegang untuk meletakkan pahat sehingga memepermudah proses pembuatan, pengukuran ataupun pengasahan pahat.
2. Bidang Pahat
Bidang pahat merupakan permukaan aktif pahat yang terdiri dari :
a) Bidang geram (A, Face) : Bidang diatas dimana geram mengalir
b) Bidang utama/Mayor (A, Principal/mayor flank) : bidang yang menghadap benda kerja.
c) Bidang Bantu/minor (A,, Auxiliary/minor flank) : bidang yang menghadap permukaan terpotong dari benda kerja.
3. Mata Potong Pahat
Mata potong adalah tepi dari geram yang aktif memotong. Ada dua jenis mata potong yaitu:
a) Mata potong utama : garis perpotongan antara bidang geram dan bidang utama.
b) Mata potong bantu : garis perpotongan antara bidang geram dan bidang bantu.
E. Geometri Pahat
Proses pemesinan menggunakan pahat sebagai perkakas potongnya dan geometri pahat merupakan salah satu faktor penting yang menentukan keberhasilan proses pemesinan. Geometri pahat harus dipilih dengan benar disesuaikan dengan jenis material, material pahat, halusnya permukaan dan ketelitian geometri produk (Rochim, 2001).
A = bidang pembuang geram ' = sudut bebas ujung
A = bidang bebas = sudut potong
'
A = bidang bebas ujung = sudut baji
S = sisi potong 0 = sudut geram orthogonal S’ = sisi potong ujung 0 = sudut bebas orthogonal
Gambar 9. Permukaan dan sudut-sudut pahat (Rochim, 2001)
1. Sudut Geram Orthogonal, 0
Sudut geram mempengaruhi proses pembentukan geram. Untuk suatu kecepatan potong tertentu, sudut geram besar akan menurunkan rasio pemampatan tebal geram. Untuk lebih jelasnya didalam menentukan sudut geram dapat digunakan tabel di bawah ini (Rochim, 1993).
Tabel 1. Sudut geram optimum bagi pahat
Benda kerja 0
HSS Karbida
Baja karbon dan baja paduan (Carbon dan Alloy Steel) <480 N/mm2
25 5 s.d 10
Kuningan ulet (Ductile
brass) 25 5 s.d 10
Baja karbon dan baja paduan
u
<480 s.d 770 N/mm2 18 -5
Besi tuang malleable
(malleable cast iron) 160 BHN
18 -5
Baja karbon dan baja tuang
u
: 770 s.d 1170N/mm2 12 -10
Besi tuang kelabu dan malleable(gray malleale cast iron) 160 BHN s.d 220 BHN
12 -5 s.d 0
Kuningan dan perunggu getas (brittle brasses dan bronzes)
12 -5 s.d 0
Besi tuang (cast iron) >220
BHN 5 -10 s.d 5
2. Sudut Bebas Orthogonal, 0
Fungsi sudut bebas adalah mengurangi gesekan antara bidang utama (A ) dengan bidang benda kerja. Dengan demikian temperatur yang tinggi akibat gesekan dapat dihindari dan keausan tepi VB (flank wear) tidak cepat terjadi. Pemilihan sudut bebas ditentukan oleh jenis benda kerja dan kondisi pemotongan. Gerak makan akan menentukan harga sudut bebas. Semakin besar gerak makan maka gaya pemotongan akan semakin besar, oleh karena itu sudut bebas perlu diperkecil (Rochim, 1993).
3. Sudut Potong Utama, kr
Sudut potong utama mempunyai peran antara lain (Rochim, 1993): a) Menentukan lebar dan tebal geram sebelum terpotong.
b) Menentukan panjang mata potong yang aktif atau panjang kontak antara geram dengan bidang pahat.
Gambar 10. Sudut-sudut pahat (Rochim, 2001)
Untuk kedalaman potong dan gerak makan yang tetap maka dengan memperkecil sudut potong utama akan menurunkan tebal geram sebelum terpotong (h) dan menaikkan lebar geram (b) (Rochim, 1993).
h = f sin kr dan b = a/ sin kr (5) dimana : h = tebal geram (mm)
b = lebar geram (mm)
f = gerak makan (mm/langkah) a= kedalaman potong (mm) kr= sudut potong utama ( o )
4. Sudut Potong Bantu, kr’
Orientasi bidang potong bantu (A') terhadap permukaan benda kerja yang telah terpotong ditentukan oleh sudut potong bantu dan sudut bebas minor 0’, apabila sudut bebas minor cukup besar untuk mengurangi gesekan pada prinsipnya sudut potong bantu dapat dipilih sekecil mungkin karena selain memperkuat pahat juga
dapat mempertinggi kehalusan produk (Rochim, 1993). Besarnya sudut potong bantu kr’ adalah sebagai berikut (Rochim, 1993):
1. untuk sistem pemotongan yang kaku besarnya kr’ adalah : 50 s.d. 100 2. untuk sistem pemotongan yang lemah besarnya kr’ adalah : 100 s.d. 200
5. Radius Pojok
Radius pojok berfungsi untuk memperkuat ujung pertemuan antara mata potong utama S dengan mata potong minor S’ dan selain itu menentukan kehalusan permukaan hasil pemotongan, semakin besar penampang geram maka pojok pahat harus dipilih lebih kuat. Tabel 2 di bawah ini memberikan harga radius pojok yang dianjurkan seuai dengan kedalaman potong yang dipilih (Rochim, 1993). Tabel 2. Radius pojok yang dianjurkan sesuai kedalaman potong
a(mm) r s.d 3 3 s.d 10 10 s.d 20 0,5 s.d 0,8 0,8 s.d 1,5 1,5 s.d 2.0 (Sumber : Rochim, 1993) F. Material Pahat 1. Karbida
Perkakas karbida yang hanya mengandung wolfram karbida dan kobalt (94% wolfram karbida dan 6% kobalt) adalah cocok untuk memesin besi cor dan semua bahan baja. Untuk mempresisi bahan baja ditambahkan titanium dan tantalum karbida. Kekerasan bahan karbida mengungguli bahan lain karena dapat mempertahankan tepi potong pada suhu diatas 1200 oC. Unsur-unsur paduan dalam karbida diperlukan untuk memperoleh sifat-sifat tersebut dan kuat pada
panas adalah kecepatan pemotongan.
Gambar 11. Perkiraan distribusi temperatur maksimum pada separuh permukaan pahat yang berinteraksi dalam tiga daerah, A. Bidang geram, B. Bidang gesek
mata potong, C. Bidang permukaan dengan geram (Daryus, 2005).
Gambar tersebut. menunjukan sumber utama dari panas yang akan bias mengakibatkan permukaan logam cendrung untuk melekat satu sama lain jika panasnya berlebihan. Meskipun sebagian besar panas pemotongan dibawa oleh geram, temperatur tertinggi justru terjadi pada bidang aktif pahat (pada bidang geram atau mata potong). Untuk suatu kombinasi pahat dan benda kerja yang tertentu, temperatur pahat lebih dipengaruhi oleh kecepatan potong daripada oleh gerak makan. Karena kecepatan potong menentukan tinggi rendahnya temperatur pahat, maka mekanisme penyebab keausan pahat sangat dipengaruhi oleh kecepatan potong (Rochim, 1993). Di dalam perbandingan perkakas potong yang memotong baja, peningkatan nilai kekerasan baik di dalam memotong logam, karena ada kenaikan temperatur alat potong selama pemotongan (Adams 1991, Amin 1991).
Gambar 12. Proses sintering alat potong karbida (DeGarmo et al.1988)
Karbida merupakan bahan yang paling keras dan mempunyai kekuatan kompresi yang sangat tinggi. namun bahan ini rapuh, tidak tanggap terhadap kondisi kerja panas. Untuk pengerjaan dengan mesin pada yang memiliki laju potong lebih tinggi, perkakas karbida dikembangkan di tahun 1930 (Kalpakjian,1997). Perkakas karbida dibentuk dengan proses (sintering) dari serbuk. Jenis Karbida (Cemented Carbide) ditemukan pada tahun 1923 (KRUPP WIDIA). Cemented Carbide ada dalam satu kelompok dari alat potong yang terbuat dari karbida tungsten (WC) merupakan bahan pahat yang dibuat dengan cara (sintering) serbuk karbida (Nitrida dan Oksida) dengan pengikat yang umumnya dari Cobalt (Co). Dengan cara Carburizing Masing-masing bahan dasar (serbuk) Tungsten (Wolfram,W) Titanium (Ti) Tantalum) dibuat menjadi karbida yang kemudian digiling (ball mill) dan disaring kemudian dicampur dengan bahan pengikat Cobalt (Co) kemudian dilakukan Presintering (pemanasan 1000 oC untuk menguapkan bahan pelumas lilin dan kemudian Sintering ((pemanasan 1600 oC) sehingga bentuk keping menyusut 80 % dari volume semula (Groover. 2000). Kekerasannya dapat mencapai 87-92 Rc adalah cocok untuk memahat besi cor dan semua bahan lain. Selain itu merupakan bahan yang paling keras yaitu,
kompresi yang sangat tinggi. namun bahan ini rapuh, tidak tanggap terhadap perlakuan panas. (Rochim, 1993). Ada tiga macam perkakas karbida yaitu:
a. Ada tiga jenis utama pahat karbida, yaitu :
1. Karbida Tungsten (WC+Co).
Merupakan jenis pahat karbida untuk memotong besi tuang (cast iron cutting grade).
2. Karbida Tungsten Paduan (WC-TiC+Co; WC-TiC-TaC-Co; WC-TaC+Co; WC-TiC-TiN+Co; TiC+Ni,Mo). Merupakan jenis pahat karbida untuk pemotongan baja (steel cutting grade) dan ada beberapa jenis jenis karbida paduan antara lain:
a. Karbida Tungsten (WC+Co).
Karbida Tungsten Murni yang merupakan jenis yang paling sederhana terdiri dari Karbida Tungsten (WC) dan pengikat (Co) Cobalt. Jenis yang cocok untuk permesinan dimana mekanisme keausan pahat terutama disebabkan oleh proses abrasi seperti terjadi pada berbagai besi tuang, apabila digunakan untuk baja maka akan terjadi keausan kawah yang berlebihan. Untuk pemesinan baja digunakan jenis karbida tungsten paduan (Rochim, 1993).
b. Karbida (WC-TiC+Co)
Pengaruh utama dari TiC adalah mengurangi tendensi dari geram untuk melekat pada muka pahat (BUE: Built Up Edge) serata menaikkan daya
keausan kawah (Rochim, 1993).
c. Karbida (WC-TiC-TaC-Co)
Penambahan TaC menambah efek samping TiC yang menurunkan Transverse Rupture Strength, Hot Hardness dan Compressive Strength dipertinggi sehingga ujung pahat tahan terhadap deformasi plastik (Rochim 1993).
d. Karbida (WC-TaC+Co)
Pengaruh TaC adalah hampir serupa dengan pengaruh TiC, akan tetapi TaC lebih lunak dibandingkan dengan TiC. Jenis ini lebih tahan terhadap Thermal Shock cocok untuk pembuatan alur (Rochim, 1993).
3. Karbida Lapis (Cemented Carbide)
Merupakan jenis karbida tungsten yang dilapisi karbida, nitrida atau oksida lain. Umumnya sebagai material dasar menggunakan karbida tungsten (WC+Co) yang dilapisi dengan bahan keramik (karbida, nitrida, dan oksida yang tahan temperatur tinggi serta non adhesif). (Rochim 1993).
G. Jenis-jenis Keausan
Keausan dapat didefinisikan sebagai terlepasnya material/atom dari permukaan material akibat dari deformasi plastis dan aksi mekanik. Keausan dapat menyebabkan perubahan bentuk benda kerja sehingga akan mengakibatkan ukuran dan kualitas material akan mengalami penurunan. Masalah besar yang diakibatkan dari keausan adalah komponen yang mengalami keausan harus terus
keausan adhesif, keausan abrasif, keausan erosi, keausan kavitasi, keausan fretting, dan keausan akibat tumbukan. Keausan yang disebabkan oleh gesekan adalah hasil dari suatu gesekan yang meluncur, dapat juga secara berputar dari suatu permukaan logam dengan permukaan logam lain. Kontak luncuran yang terus menerus sampai permukaan yang aus mencapai titik dimana bagian dari elemen mesin harus diganti.
Gambar 13. mekanisme keausan pahat (Kalpakjian.1997)
Keausan abrasif diakibatkan oleh dorongan keras dalam material benda kerja ke seberang muka suatu alat yang memotong. Mekanisme ini dapat mendominasi ketika pengerjaan dengan perkakas karbida, gabungan metal, karbida, dan keramik. Adhesi diakibatkan oleh gesekan antara benda kerja dan material alat potong, yang dapat menyebabkan gesekan antara alat yang memotong benda kerja dapat menyebabkan pecah sepanjang batas butiran yang membuat butir pecah ke luar (Sibold 1991). Beberapa dari Keausan abrasif dan adhesif dapat mengijinkan alat potong untuk tetap dipakai dalam upaya mencegah retak alat prematur atau keausan tepi yang besar dalam pemesinan (Mehrotra 1998).
Keausan adhesif terjadi akibat dua permukaan yang saling bergesekan dengan tekanan tertentu. Mekanisme keausan adhesif ini terjadi karena adanya gaya tarik menarik antar logam, disebabkan oleh adanya pergerakan relatif maka akan terjadi perpatahan pada daerah yang lemah dengan adanya gesekan selanjutnya menyebabkan bagian yang menempel pada permukaan yang lebih keras akan terpotong-potong oleh puncak puncak kekerasan disekitarnya sehingga akan meninggalkan serpihan yang disebut dengan keausan. Serpihan ini dapat mempunyai kekerasan yang lebih besar dari logam induknya. Serpihan ini menyebabkan keausan adhesif terjadi pada logam induknya. Keausan akan berkurang jika kekerasan bahan meningkat dan kekasaran permukaan berkurang.
Gambar 14. Skema ilustrasi keausan adhesif (Rochim, 2001). Keausan abrasif
Keausan abrasif adalah keausan yang terjadi akibat terjebaknya partikel keras diantara dua permukaan. Keausan ini biasanya terjadi pada alat berat, pisau, scrapper, dan crusher.
Gambar 15. Skema ilustrasi keausan abrasif (Rochim, 2001).
Mekanisme keausan abrasif yaitu permukaan yang kasar bergerak di antara permukaan yang lunak. Pada keausan abrasif mengakibatkan adanya material
mempunyai beberapa bentuk diantaranya:
(1). Abrasif pahat
Keausan ini terjadi ketika adanya permukaan material yang kasar merusak partikel yang permukaannya lebih lunak.
Gambar 16. Keausan abrasif pahat, berupa kepingan kecil bubutan (Rochim, 2001).
(2). Abrasif tekanan tinggi
Keausan ini terjadi secara tiba-tiba ketika adanya dua permukaan yang sejenis bergerak untuk menghancurkan material padat. Gambar berikut ini memperlihatkan abrasif tekanan tinggi.
Gambar 17. Keausan abrasif tekanan tinggi (Rochim, 2001).
Tekanan ini terjadi terutama disebabkan adanya material abrasif yang meluncur bebas di atas permukaan material yang mempunyai ketahanan abrasif yang lebih rendah seperti gambar di bawah ini :
Gambar 18. Keausan abrasif tekanan rendah (Rochim, 2001).
Keausan ini terjadi karena adanya kondisi terkikis yang dilakukan oleh material abrasif terhadap material yang kurang abrasif. Untuk mencapai ketahanan abrasif yang tinggi diperlukan logam yang mempunyai ketahanan yang tinggi. Kekerasan logam menunjukkan kemampuan permukaan terhadap adanya deformasi plastis. Semakin keras suatu bahan, semakin tahan bahan tersebut terhadap deformasi plastis.
H. Baja
Baja merupakan paduan yang terdiri dari unsur besi (Fe), karbon (C), dan unsur lainnya. Baja dapat dibentuk melalui pengecoran, pencanaian, atau penemperan. Karbon merupakan salah satu unsur terpenting karena dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan baja. Baja merupakan logam yang paling banyak digunakan dalam teknik, dalam bentuk pelat, pipa, batang, profil dan sebagainya. Secara garis besar baja dapat dikelompokan menjadi dua yaitu baja karbon dan baja paduan. Baja karbon ini terbagi menjadi tiga macam yaitu, baja karbon rendah (< 0,30% C), baja karbon sedang (0,30% < C < 0,70%), baja karbon tinggi
baja paduan tinggi (Sriatie, 1990).
1. Baja menurut unsur sifat-sifatnya
Baja adalah salah satu bahan yang banyak dipakai sebagai bahan industri. Sifat dari baja bervariasi, yaitu bahwa bahan tersebut mempunyai berbagai sifat dari yang paling lunak dan mudah dibuat sampai yang paling keras. Selain itu baja dapat dibentuk menjadi bentuk apapun dengan cara pengecoran dan berikut ini adalah pengelompokan baja (Surdia, 1984).
1) Baja Karbon. Baja karbon adalah paduan besi karbon di mana unsur karbon sangat menentukan sifat-sifatnya, sedang unsur-unsur paduan lainnya yang biasa terkandung di dalamnya terjadi karena proses pembuatannya. Sifat baja karbon biasa ditentukan oleh persentase karbon dan mikrostruktur.
2) Baja Paduan. Baja paduan adalah baja yang mengandung sebuah unsur lain atau lebih dengan kadar yang berlebih daripada karbon biasanya dalam baja karbon. Menurut kadar unsur paduan, baja paduan dapat dibagi ke dalam dua golongan yaitu baja paduan rendah dan baja paduan tinggi. Baja rendah unsur paduannya di bawah 10% sedangkan baja paduan tinggi di atas 10%.
3) Baja Khusus. Baja khusus mempunyai unsur-unsur paduan yang tinggi karena pemakaian yang khusus. Baja khusus yaitu baja tahan karat, baja tahan panas, baja perkakas, baja listrik. Unsur utama dari baja tahan karat adalah Khrom sebagai unsur terpenting untuk memperoleh sifat tahan
terhadap korosi. Baja tahan karat ada tiga macam menurut strukturnya yaitu baja tahan karat feritis, baja tahan karat martensitas dan austenitis. Baja tahan panas, tahan terhadap korosi. Baja ini harus tahan korosi pada suhu lingkungan lebih tinggi atau oksidasi. Baja perkakas adalah baja yang dibuat tidak berukuran besar tetapi memegang peranan dalam industri-industri.. Baja listrik banyak dipakai dalam bidang elektronika.
2. Baja Amutit K-460
Baja K-460 merupakan baja produk BOHLER, baja ini mengandung karbon (C) = 0,95%, Mangan (Mn) = 1%, Chrom (Cr) = 0,5%, Vanadium (V) = 0,1%, dan Wolfram (W) = 0,5%. Baja K-460 termasuk jenis baja karbon tinggi yaitu antara (0,70 < 0,95 < 1,40). Baja ini digunakan untuk alat-alat perkakas potong karena kekerasannya. (Dwi Haryadi, 2005).
3. Menurut komposisi kimianya (Hasnan. 2006):
Baja karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga yaitu;
1) Baja karbon rendah (low carbon steel)
machine, machinery dan mild steel 0,05 % - 0,30% C. Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya 0,05 % - 0,20 % C untuk automobile bodies, buildings, pipes, chains, rivets, screws, nails. 0,20 % - 0,30 % C untuk gears, shafts, bolts, forgings, bridges, buildings.
dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan 0,30 % - 0,40 % C untuk connecting rods, crank pins, axles. 0,40 % - 0,50 % C untuk car axles, crankshafts, rails, boilers, auger bits, screwdrivers. 0,50 % - 0,60 % C untuk hammers dan sledges.
3) Baja karbon tinggi (high carbon steel)
Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60 % - 1,50 % C. Penggunaan untuk screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers, vise jaws, knives, drills. tools for turning brass and wood, reamers, tools for turning hard metals, saws for cutting steel, wire drawing dies, fine cutters.
I. Bidang Aktif Pahat Yang Mengalami Keausan
Selama proses pembentukan geram berlangsung, pahat dapat mengalami kegagalan dari fungsinya yang normal karena berbagai sebab. Salah satu diantara sebabnya, yaitu keausan yang secara bertahap membesar (tumbuh) pada bidang aktif pahat (Rochim,1993).
Keausan dapat terjadi pada bidang geram (A) atau bidang utama (A ) pahat. Karena bentuk dan letaknya yang spesifik, keausan pada bidang geram disebut dengan keausan kawah (creater wear) dan keausan pada bidang utama (flank wear), Keausan dapat terjadi pada bidang geram (Aγ) dan atau pada bidang utama (Aα) pahat. Keausan dibedakan menjadi dua macam, yaitu, Keausan kawah
(crater wear), yaitu keausan pada bidang geram (Aγ) dan Keausan tepi (flank wear), yaitu keausan pada bidang utama/mayor (Aα) pahat.
Selama proses pemotongan berlangsung, keausan tepi VB dan juga keausan kawah K akan membesar (tumbuh) setaraf dengan bertambahnya waktu pemotongan tc (min). Pada dasarnya dimensi keausan menentukan batasan umur pahat. Dengan demikian kecepatan pertumbuhan keausan menentukan laju saat berakhirnya masa guna pahat. Pertumbuhan keausan tepi (flank wear) pada umumnya mengikuti bentuk, yaitu dimulai dengan pertumbuhan yang relatif cepat sesaat setelah pahat digunakan diikuti pertumbuhan yang linier setaraf dengan bertambahnya waktu pemotongan dan kemudian pertumbuhan yang cepat terjadi lagi.
Keterangan :
KT = (crater depth) kedalaman keausan kawah KM = (crater center distance) jarak pusat kawah KA = (crater area (self defined)) area keausan kawah KB = (crater width) lebar keausan kawah
VB = (average wear-land width) area keausan tepi rata-rata VBmax = (maximum wear-land width) area keausan tepi maksimum r = (radius of cutting edge) radius pojok pahat pemotong
Gambar 19. Definisi Keausan kawah (creater wear) dan keausan tepi (flank wear) Standard ISO 3685-1977 (E) (Rochim 1993, Onwubolu 2006)
J. Kriteria Umur Pahat
Umur pahat merupakan seluruh waktu pemotongan sehingga dicapai batas keausan tepi yang telah ditetapkan. Keausan pada pahat harus dihindari, hal ini dikarenakan keausan tepi pahat akan menimbulkan efek samping, yaitu (Krar, 1997):
1. Kenaikan gaya potong 2. Getaran/chatter
4. Perubahan dimensi/geometri produk.
Semakin besar keausan yang diderita pahat maka kondisi pahat akan semakin kritis. Jikalau pahat tersebut masih tetap digunakan maka pertumbuhan keausan akan semakin cepat dan pada suatu saat ujung pahat sama sekali akan rusak, untuk menghindari hal tersebut ditetapkan suatu batas harga keausan (dimensi dari keausan tepi atau keausan kawah) yang dianggap sebagai batas kritis dimana pahat tidak boleh digunakan, seperti ditunjukkan pada Tabel 3 dan Standard ISO 3685-1977 (E) untuk pengujian umur alat potong.
Tabel 3. Batas keausan kritis.
Pahat Benda Kerja VB (mm) K
HSS Karbida Karbida Keramik
Baja & Besi Tuang Baja
Besi Tuang & Non Ferrous Baja & Besi Tuang
0.3 s.d. 0.8 0.2 s.d. 0.6 0.4 s.d. 0.6 0.3 - 0.3 0.3 - (Sumber : Rochim. 1993)
Standard ISO 3685-1977(E) untuk pengujian umur alat potong yaitu (Onwubolu 2006):
1) Keausan Tepi rata-rata (Average flank wear) ≥ 0.4 mm. 2) Keausan Tepi Maksimum (Maximum flank wear) ≥ 0.7 mm. 3) Keausan radius sudut bebas (Nose wear) ≥ 0.5 mm.
4) Derajat kedalaman garis potong (Notching at the depth of cut line) ≥ 1.0mm. 5) kekasaran permukaan (Surface roughness) ≥ 6.0 mm.
Keausan Tepi (VB) merupakan suatu model yang dikembangkan dalam memprediksi kemajuan dari umur dari suatu alat potong dan keausan tepi menyertakan prediksi umur pahat sehingga kerugian waktu dapat diprediksi untuk
terjadi pada bidang utama mayor, dan pengukuran keausan tepi (VB) dilakukan dengan mengukur panjang (VB) yaitu, jarak antara mata potong sebelum terjadi keausan (mata potong pahat didekatnya dijadikan referensi) sampai kegaris rata-rata bekas keausan pada bidang utama. Batas keausan tepi untuk pahat Karbida dengan material benda kerja baja adalah sebesar 0,2 mm–0,6 mm dengan waktu pemotongan yang berbeda (Rochim 1993).
Dimana dalam kriteria saat berakhirnya umur pahat (T) adalah pada harga keausan tepinya (VB maks = 0,7 mm). Saat dimana pertumbuhan keausan cepat mulai berulang lagi dianggap sebagai batas umur pahat, dan hal ini umumnya terjadi pada harga keausan tepi (VB) yang relatif sama untuk kecepatan potong yang berbeda. Sampai saat batas ini, keausan tepi (VB) dapat dianggap merupakan fungsi pangkat (power function) dari waktu pemotongan (tc) dan bila digambarkan pada skala dobel logaritma maka mempunyai hubungan linier. Pertumbuhan keausan tepi (flank wear) pada umumnya mengikuti bentuk sebagaimana pada gambar berikut ini.
VB
Gambar 20. Pertumbuhan Keausan Tepi pahat (TWF) Tool Flank Wear yang berdasar pada suatu kondisi waktu pemotongan (Rochim 1993, Onwubolu 2006)
Pertumbuhan keausan tepi (VB) umumnya mulai dengan pertumbuhan yang relatif cepat sesaat setelah pahat digunakan, diikuti pertumbuhan linier setaraf dengan bertambahnya waktu pemotongan (Jumlah waktu yang digunakan untuk proses memotong), dan kemudian pertumbuhan yang cepat terjadi lagi. Saat dimana pertumbuhan keausan cepat mulai berulang lagi dianggap sebagai batas umur pahat, dan hal ini umumnya terjadi pada harga keausan tepi (VB) yang relatif sama untuk kecepatan potong yang berbeda (Rochim,1993). Persamaan
tc V1 < V2 < V3
dikemukakan oleh Frederick Winslow Taylor pada tahun 1907. Untuk harga yang tetap bagi batas dimensi keausan serta kombinasi pahat dan benda kerja tertentu, maka hubungannya sebagai berikut :
VT
n= C
Keterangan :
V = kecepatan potong, (cutting speed) m/min T = umur pahat, (tool life) menit
n = eksponen penyimpangan dari alur tergantung pada kondisi pemotongan C = konstanta = penahanan pada poros kecepatan
Tabel 4. Nilai eksponen n dan C untuk beberapa alat potong
(Sumber : Onwubolu 2006)
K. Umur Pahat
Pada dasarnya dimensi keausan menentukan batasan umur pahat, dengan demikian kecepatan pertumbuhan keausan menentukan laju saat berakhirnya masa guna pahat. Umur pahat tidak hanya dipengaruhi oleh geometri pahat saja melainkan juga oleh semua faktor yang berkaitan dengan proses pemesinan yaitu: jenis material benda kerja dan pahat, kondisi pemotongan (kecepatan potong,
kedalaman potong dan gerak makan), cairan pendingin dan jenis proses pemesinan (Rochim, 1993).
VT
n= C
Keterangan :V = kecepatan potong, (cutting speed) m/min T = umur pahat, (tool life) menit
n = eksponen penyimpangan dari alur tergantung pada kondisi pemotongan C = konstanta = penahanan pada poros kecepatan
Persamaan di atas dikenal dengan nama (Generalized Taylor’s Equation) Persamaan Umur Pahat Taylor. Harga Konstanta C dan eksponen n diperoleh dengan melakukan praktek pemotongan/permesinan material benda kerja. Semakin kecil harga eksponen n, maka umur pahat yang bersangkutan sangat dipengaruhi oleh kecepatan potong.
Gambar 21. Hubungan kecepatan potong terhadap umur pahat untuk baja (Daryus, 2005).
L Uji Kekerasan
Kekerasan suatu bahan didefinisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap penetrasi material lain pada permukaannya. Terdapat tiga jenis mengenai ukuran
Ketiga jenis tersebut adalah :
1. Kekerasan goresan (Scratch hardness) 2. Kekerasan lekukan (Identation hardness)
3. Kekerasan pantulan (rebound hardness) atau kekerasan dinamik (dynamic hardness).
1. Uji Kekerasan Rockwell
Pada pengujian kekerasan menurut Rockwell diukur kedalaman pembenaman (t) penekan. Sebagai penekan pada baja yang dikeraskan digunakan sebuah kerucut intan. Untuk menyeimbangkan ketidakrataan yang diakibatkan oleh permukaan yang tidak bersih, maka kerucut intan ditekankan keatas bidang uji, pertama dengan beban pendahuluan 10 kg. setelah ini, beban ditingkatkan menjadi 150 kg sehingga tercapai kedalaman pembenaman terbesar. Sebagai ukuran digunakan kedalaman pembenaman menetap t dalam mm yang ditinggalkan beban tambahan. Sebagai satuan untuk ukuran t berlaku e = t dalam 0,002 mm. Kekerasan Rockwell, Pengujian Rockwell HRC sebagai cara yang paling cocok untuk pengujian bahan yang keras. Makin keras bahan yang diuji, makin dangkal masuknya penekan dan sebaliknya makin lunak bahan yang diuji, makin dalam masuknya (Dietser, 1987). Cara Rockwell sangat disukai karena dengan cepat dapat diketahui kekerasannya tanpa menghitung dan mengukur. Nilai kekerasan dapat dibaca setelah beban utama dilepaskan, dimana beban awal masih menekan bahan. Untuk mendefinisikan tipe bahan dan pengujian yang sesuai untuk
